水电站水轮发电机组设备技术升级改造

马意德

（韶关市广前水电设备有限公司，广东 韶关512029）

1 电站改造案例：连平县河头一级水电站水轮发电机组改造项目

1.1 电站改造前概况

连平县河头一级水电站设计水头27.5m，最大水头32.0m，设计流量9.0m3/s，现有装机容量3×2000kW，引水压力总管直径Φ3.0m 钢管，各台水轮机的分叉管直径为Φ1.75m 钢管，与水轮机底环连接处尾水锥管直径为Φ1.1m。

三台机组铭牌参数如下表1：

表1 水轮发电机组及主要设备技术参数一览表

1.2 电站设备改造前存在的问题

1.2.1 水轮机老化，转轮效率比目前成熟转轮效率低3%～4%；

1.2.2 设计流量9.0m3/s，以目前技术条件，针对HLA244 转轮有提高效率的潜力；

1.2.3 发电机绝缘老化，电机通风性能下降；

1.2.4 机组提效改造及附属设备更换新型自动化设备。

1.3 水轮发电机组改造方案设计思路

总体思路：除水轮机预埋底环处土建可适当改变外，在引水压力总管、各台水轮机的分叉管、尾水锥管、尾水流道等现有主要过水设施、土建均不改变的前提下进行扩容。

1.4 水轮机转轮选择与比较

1.4.1 模型转轮的选择

电站目前使用的水轮机型号为HLA244-LJ-120，是20 世纪80 年代初期由哈尔滨大电机所研制的60m 以下水头段转轮。该转轮最优单位流量1080 L/s，限制工况单位流量1275 L/s，最优单位转速80r/min，模型最优效率91.7%，限制工况空蚀系数0.15。该转轮空蚀性能差，单位性能指标偏低，效率低。水轮机技术经过数十年的发展，相比目前较通用的转轮，HLA244 的能量指标已经明显偏低，属于淘汰型号。水轮机目前装机吸出高度-1.23 m，转轮空蚀严重经多次修补，叶片型线发生改变，根据运行数据计算实际效率大大下降，目前额定效率约89%左右。根据前面所说的设计水头27.5m，最大水头32.0m，根据的实际情况，明确改造要求按设计流量8.8 m3/s，机组额定出力2000kW，以此来计算选择新转轮。在原水轮机整体流道不变，即进水管、蜗壳进口、尾水连接管和尾水扩散管等结构尺寸基本不变条件下，目前适合本站使用的转轮有HLSK3183、HLA551 等。模型转轮主要参数和模型水轮机流道参数比较表见下表2、表3。

表2 水轮机模型转轮主要参数表

表3 模型水轮机流道参数比较表

从上表可以看出，HLA244、HLA551与HLSK3183 转轮的导叶相对高度及导叶分布园直径基本一致，进水流道对新转轮的过流能力和效率影响较小。而本次改造，为了节省造价，缩短直线工期，不改变水工部分，沿用原水轮机的进水弯管和尾水扩散管，本阶段暂选用以上三个模型转轮，对水轮机参数进行计算、比选。

1.4.2 水电站提效增容的改造前后对比（表4）：

2 连平县河头一级电站改造总结

连平县河头一级电站三台水轮发电机组的技术升级改造有明显提升：

2.1 改造前单机出力为2000kW，改造后单机出力可以达到2800kW；

2.2 改造前3 台机组总出力为5700kW, 改造后3 台机组总出力可达7000k；

2.3 机组效率提高5%，出力提升22%，技术升级改造效果明显；

2.4 运行的噪音及震动都比改造前有明显的改善。

结论：在机组设备原有基础上对设备的核心部件进行更换改造，达到提高效率，增加机组出力，改造效果明显，该改造方案思路是新技术应用的趋势，必将为经济发展发挥更大的作用。

3 水电站水轮发电机组设备技术升级改造论证

在确定对水轮机转轮实施技术改造之前，必须对计划改造的机组进行改造方案的研究分析论证，即编制水轮机转轮改造方案研究论证报告。

改造方案论证报告通常应包括以下内容：

3.1 电站机组全面详细调研工作，找出机组存在的核心问题和分析原因。

3.2 通过必要的现场试验和分析计算，确认电站运行参数（工作水头、流量、转轮实际运行单位转速和单位流量等）。

3.3 根据调研结果和电站要求，明确改造目标和原则，对水轮机增容、减容或者提高效率等目标，都应给出符合实际条件的科学的具体数值范围。

3.4 改造转轮初步选型设计，列出它的具体参数，需进行改造前后转轮性能计算比较、改造转轮主要参数与原机组参数进行校核。

3.5 制定具体改造实施的技术方案和实施方案。

3.6 改造预算。根据改造内容编制详细的费用预算。

3.7 预期改造效益简单评估。根据改造前后水轮机转轮性能比较数据，对改造后发电效益进行评估计算。

3.8 技术改造方案论证工作的内容应符合水利部1997 年颁布实施的《小型水电站技术改造规程》所规定的要求。

表4 水轮发电机组增容改造前后有关的主要规格参数